Síntese e estudo das propriedades fotofísicas de derivados de tetra-aril-1,4-dihidropirrolo[3,2-b]pirrol (TAPP) com potencial de aplicação em dispositivos orgânicos optoeletrônicos

Abstract

Três séries, totalizando oito moléculas, derivadas do tetra-aril-1,4-dihidropirrolo[3,2-b]pirrol (TAPP) ), contendo grupos alcóxi de 12 carbonos nas posições 4-, 3,4- e 3,4,5-substituídas e diferentes anisometrias, foram sintetizados, caracterizados e treinados. Com a busca pela indução de mesomorfismo foi a progressão da ordem hexagonal para três dos materiais com maior número de cadeias periféricas, sendo que dois apresentavam cristalização com capacidade de manter uma organização hexagonal após resfriamento rápido do estado líquido e uma apresentação de propriedade líquida cristalina colunar hexagonal a temperatura ambiente. Todos os compostos mostraram boas propriedades de emissão com rendimentos quânticos de fotoluminescência (PLQYs) superiores a 80% em solução. Os resultados do solvatocromismo revelaram uma mudança no perfil do espectro de emissão, bem como um pequeno desvio positivo para o vermelho na seguinte ordem: metilcicloexano > tolueno > diclorometano > tetrahidrofurano (THF) > acetonitrila. Além disso, os compostos formaram agregados em solução de THF, variando uma porcentagem de água até 90%, com efeito batocômico na emissão. A primeira série sintetizada foi aplicada como camada emissiva em dispositivos orgânicos emissores de luz contendo seis camadas. Os compostos foram dopados em uma matriz polimérica contendo 60% de polivinilcarbazol e 40% de 2-(4-terc-butilfenil)-5-(4-bifenilil)-1,3,4-oxadiazol, produzindo filmes com PLQYs acima de 50%. Os dispositivos emitem no azul, apresentando tensão de operação em torno de 4,0 V, com luminância superior a 1400 cd m-2. Os espectros de eletroluminescência apresentam largura total a meio máximo inferior a 70 nm e eficiência quântica externa máxima entre 4 e 7%. No geral, isso mostra que a aplicação TAPP é promissora para aplicações onde a luminescência é fundamental, como em dispositivos orgânicos emissores de luz.

Abstract: Three series comprising a total of eight molecules of tetraaryl-1,4-dihydropyrrolo[3,2-b]pyrrole (TAPP) derivatives, were synthesized, characterized, and studied. These molecules contain 12- carbon alkoxy groups at positions 4-, 3,4-, and 3,4,5- substituted, with different anisometries. The objective was to induce mesomorphism, and hexagonal ordering was achieved in three of the materials with the highest number of peripheral chains. Among these, two compounds demonstrated crystallization while maintaining a hexagonal organization in films after fast cooling from the isotropic phase. One compound exhibited liquid crystal behavior at room temperature with a hexagonal columnar mesophase. All the compounds exhibited favorable emission properties, with photoluminescence quantum yields (PLQYs) exceeding 80% in solution. Solvatochromism results indicated a shift in the emission spectrum profile, along with a slight redshift in the following order: methylcyclohexane > toluene > dichloromethane > tetrahydrofuran (THF) > acetonitrile. Furthermore, the compounds formed aggregates in THF solution, with variations in the percentage of water up to 90%, resulting in a bathochromic effect on emission. The first synthesized series was applied as an emissive layer in organic light-emitting devices, comprising six layers. The compounds were doped in a polymeric host (polyvinylcarbazole with 40% of 2-tert-butylphenyl-5-biphenyl — 1,3,4-oxadiazole) producing films with PLQYs above 50%. These devices emitted in blue light, with a turn on voltages of approximately 4.0 V and luminance exceeding 1400 cd m-2. The electroluminescence spectra exhibited a full width at half maximum of 70 nm and a maximum external quantum efficiency ranging from 4 to 7%. Overall, these findings suggest that the TAPP moiety holds promise for applications where luminescence is fundamental, such as in organic light-emitting devices.